렌즈의 수차 (자이델 5수차, 색수차)

 

 

수차

 

모든 렌즈에는 렌즈의 선능을 떨어뜨리는 수차(lens aberration)라는 것이 존재합니다.

이러한 수차는 렌즈의 선명도를 저해시키고, 색의 재현성을 약화 시키며,

피사체의 형태를 왜곡키고, 렌즈의 밝기를 제한하는 등 여러가지 결함을 갖게만듭니다.

이러한 수차를 얼마만큼 줄일 수 있느냐가 매우 중요합니다.

 

수차를 만드는 요인은 크게 3가지 입니다.

1. 렌즈 내부에 있는 광학 유리로 인한 분산되는 빛, 즉 파장에 따라 굴절률이 다르기 때문에

2. 렌즈의 형태가 원형이기 때문에

3. 빛안에 포함된 색 성분들의 굴절률이 다르기 때문에

 

 

차근 차근 살펴보도록 해요.

첫 번째 요인, 파장에 따라 굴절률이 다르기 때문에

 

이처럼 유리의 굴절률이 파장과 다르기 때문에 생기는 수차는

색의 정확한 결상에 영향을 미쳐 색수차라고 합니다.

 

색수차

 

색수차란 유리의 굴절률이 빛의 파장과 다른 특성 때문에 나타나는 현상을 말합니다.

가시광선은 우리가 알고 있는 <빨, 주, 노, 초, 파, 남, 보>의 성분으로 구성되어 있다.

그리고 이런 색들은 각각 파장의 길이를 갖고 있다.

 

이러한 가시광선이 렌즈의 소재인 광학유리를 통과할 때 파장에 따라

굴절하는 정도를 달리하기 때문에

초점을 맺은 어느 한점에 정확하게 맺히지 못하게 되어

색구현이 안되고, 선명도를 저해하고 되는 것이다.

 

 

두 번째 요인, 렌즈의 형태가 원형(구면)이기 때문에!

 

렌즈가 구면이기 때문에 발생하는 수차로는

(1) 구면수차

(2) 코마수차

(3) 비점수차

(4) 상면만곡수차

(5) 왜곡수차

 

다섯 가지가 있고요. 이러한 수차를 발견하여 분류한

자이델의 이름을 따서 '자이델의 5 수차'라고도 합니다.

 

(1) 구면수차 (Spherical aberration)

 

광축을 지난 광선이 상을 맺는 결상위치와는 달리 가장자리를 통과한 광선은 결상면보다

더 앞쪽에 초점이 맺어져 이미지가 흐려지게 되는데, 이를 구면수차라고 합니다.

 

구면수차

 

 렌즈에 들어가는 광학유리는 평면이 아닙니다. 구면으로 되어 있죠.

그러다 보니 렌즈의 광축을 벗어나 주변부를 통과하는 빛은 렌즈의 광학을 통과하는

빛보다 더 짧은 거리에 초점을 맺게 되는데, 이는 렌즈이 표면이 구면이기 때문에 굴절률이

달라 어쩔 수 없이 발생하게 됩니다.

 

구면수차 해결방법 

 

구면수차는 실제 촬영시 렌즈의 조리개를 완전 개방상태에서 두세 스탑 정도 조이면 

거의 나타나지 않습니다. 렌즈가 완전 개방상태 일 때 가장 크게 발생하기 때문에,

조리개를 어느정도 조여줌으로써 크게 억제 시킬 수 있습니다.

 

(2) 코마수차 (coma aberration)

 

코마수차는 광축상에서 벗어나 비스듬한 각도로 들어오는 광선이

결상면 위에 정확하게 점으로 초점을 맺지 못하고

혜성의 꼬리모양의 형태로 상을 맺게 되는 현상을 말합니다.

 

코마수차

 

코마수차 해결방법

 

조리개를 약간 조여줌에 따라 극단적인 사광선이 차단되어 상단부분을 억제시킬 수 있습니다.

 

 

(3) 비점수차 (astigmatism aberration)

 

결상면에 초점을 맺게 되는 부분이 점이 아닌 선이나 타원의 형태로 상을 맺는 현상을 말합니다.

광축을 중심으로 비스드함게 힙사된 광선이 수직선들의 상과 수평 수직선들의 상을 

각기 다른 지점에 맺게 되기 때문에 발생합니다. 

 

비점수차 해결방법

 

이러한 비점수차 역시 렌즈의 조리개를 어느정도 조여줌으로써 착란원이

작아지는 초점심도를 이용하여 억제시킬수 있습니다.

 

(4) 상면만곡수차 (curvature of field)

 

상면만곡수차란 평면적인 피사체가 평면으로 상을 맺지 못하고 상을 맺게 되는 부분이 

구면이 되는 현상을 말합니다.

 

즉 결상면의 중싱부가 초점이 맞게 되면 주변부가 초점이 맞지 않는다든지,

그와 반대로 주변부가 초점이 맞으면 중심부에 초점이 흐려지게 됩니다. 

 

상면만곡수차

 

상면만곡수차는 렌즈의 곡률에 의해 일어나는 현상으로 평면적인 이미지가 

평면적으로 상을 맺지 못하고 곡면으로 결상되는 현상을 말합니다.

 

상면만곡수차 해결방법

 

조리개를 조여줌으로써 초점심도를 깊게하여 어느정도 억제시킬 수 있습니다.

 

(5) 왜곡수차 (distortion aberrtion)

 

왜곡수차는 상의 선예도는 저하시키지 않으나 상이 맺히는 형태에 영향을 줍니다.

왜곡수차는 렌즈의 구조가 비대칭 형태일 때 나타나는 현상으로 직선의 선이 직선이 아니라

약간 원형으로 구부러지게 표현되는 현상을 말합니다.

 

왜곡수차는 일반적인 초점길이에서는 찾아볼 수 없으나 초점길이가 일정 거리 이상

길어지거나 짧아질 경우 두드러지게 나타납니다

방송용의 줌렌즈의 경우 최대 망원점이나 최대 광각점에서 주로 발생합니다.

 

왜곡수차 해결방법

 

조리개를 조여주어도 조금도 개선되지 않으며

초점길이를 조절하여 줌으로써만 조절이 가능합니다.